جيوكيمياء المياهHydrochemistry
4-1مقدمة introduction
تهدف دراسة كيمياء المياه الجوفية الي معرفة سلوك المياه الجوفية من خلال التكوينات الجيولوجية المختلفة ومنها يمكن معرفة مدى صلاحية المياه للاستخدامات الزراعية والصناعية والشرب .
ومن المعروف أن كيمياء المياه الجوفية تتغير من فترة لأخرى ، وعليه فإن التغير يكون نتيجة لعميلة التغذية وعمليات التبادل الأيوني من خلال عمليات التحليل الكيميائي يمكن التوصل الي معرفة الكتيونات والأنيونات الموجودة في المياه الجوفية وتحديد نسب كل منها في شكل رسومات وذلك لمعرفة نوعية المياه ومقارنتها مع المقاييس السودانية والدولية (SSMO&WHO) .
في هذه الدراسة تم أخذ6 عينات من المياه الجوفية وتم تحليلها بغرض معرفة الخواص الفيزيائية والكيميائية.
4-2 الخواص الفيزيائية للمياه:-
1-الكثافة:-
تعتبر كثافة المياه من أهم المشاهد الأساسية حيث نجد أن كثافة الثلج أقل من كثافة السائل عند درجة تجمد الماء حيث أن كثافة الماء تصل الي أقصى قيمة لها عند 4 درجات مئوية . ومن أهم الملاحظات التي تنتج عن هذه الخاصية هي أن الثلج يطفو فوق سطح الماء داخل البحيرات والبحار أثناء الفصول شديدة البرودة وفي المناطق المتجمدة بدلا من أن يخوض الي قيعان البحيراات هذا يتيح للكائنات الحية فرصة البقاء حية في مياه البحيرات خلال الفصول الباردة .
2- اللون:-
يعتبر اللون من الخصائص الفيزيائية المهمة في منطقة الدراسة نجد أن الرسوبيات الحديثة في المنطقة ذات لون بني ويكون اللون مبيض في السيلسيفايت والحجر الطيني ذات لون مخضر بينما الحجر الرملي الخشن الي شديد الخشونة يكون لونه أبيض وكذلك الحجر الرملي الناعم والمتوسط النعومة .
ويكون لون الماء حقيقيا أو ظاهريا ولكن على وجه العموم فإن الماء حتى لو كان نقيا فإنه ليس عديم اللون حيث يمتلك لون أخضر مزرق باحت في حالة الأجسام المائية الكبيرة مثل البحار والبحيرات العميقة المحيطات .
مع ذلك يجب التفريق بين اللون الحقيقي الناتج عن المواد الذائبة في الماء واللون الظاهري الناتج عن مواد غروية معلقة أو م واد غير ذائبة معلقة في الماء . فاللون الأصفر الطبيعي الموجود في مناطق تجمع الأمطار في الأراضي المرتفعة يعود أساسا الي وجود الأحماض العضوية الذائبة هي ليست ضاره على الإطلاق حيث أنها تشبه حمض الدباغ Tannic Acid المشتق من الشاي الأحمر(البسام،2001).
يعتمد لون الماء على مقدار نقاوته اذا كان مرشحا أم لا. واللون من الخصائص الفيزيائية الهامة التتي يتم قياسها في التحاليل الكيميائية للماء ويتم تحديد اللون بإستخدام مقياس تجريبي رقمي يعبر عن شدة اللون .
وعندما نشير الي تلون المياه الجوفية هذا يدل على احتوائها على نوع معين من الشوائب فالمياه التي تحتوي علي كمية من الجديد تكون ذات لون أخضر والمحتوية علي كبرتيد الهيدروجين تكون ذات لون أزرق أما مياه المستنقعات الغنية بالحوامض النحلة تكون ذات لون أصفر والمياه التي تحتوي علي المنغنيز تكون ذات لون أسود.
3- الطعم والرائحة:-
نجد أن المياه التي حللت في منطقة الدراسة ذات طعم حلو وليس لها رائحة مطابقة لمياه الشرب ، وعموما يكون الماء ذو طعم ورائحة بسبب وجود بعض الشوائب الذائبة فيه وبعض الملوثات الطبيعية التي غالبا ما تكون ذات طبيعة عضوية مثل الفينول والكلورفيل وحمض الدبال .
ونجد أن الماء عندما يحتوي علي كمية معينة من المركبات يتغير المذاق فيه ويصبح مالحا عندما يحتوي علي الكلوريدات بنسبة 50-60 mg/l و 400-450mg/l من الكبريتات ويصبح المذاق ذات طعم حلو عندما يحتوي على كمية كبيرة من المركبات الأزونية ذات المنشأ العضوي و يصبح الماء حمضي المذاق في مناطق المكامن الكبريتية .
كما نجد أن المياه التي تحتوي علي بعض المواد الذائبة مثل كبريتيد الهيدروجين تعطي رائحة البيض الفاسد .
4- التعكير :-Turbidity
نجد التعكير في منطقة الدراسة يحتوي علي حبيبات الحجر الطيني والسيلسيفايت ، وعموما يشير التعكير الي قلة الشفافية و ذلك لوجود المواد الصلبة غير الذائبة أو الغروية العالقة والتي تطفو فوق الماء السائل.
ويعود التعكير في العادة الي وجود حبيبات الطين الصلصالي أو السلت أو الي تفريغ مياه المجاري والمصانع في قنوات المياه الجارية أو البحيرات أو الي وجود كميات كبيرة من الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في الماء . ويمكن تحديد التعكير والتعبير عنها بإستخدام مقياس تجريبي تم إعداده بناء علي مواد قياسية معرفة وذلك قبل ترشيح الماء.
5- التوصيل الكهربي:-
تعتمد قدرة الماء على التوصيل الكهربي على كمية الأملاح الذائبة فيه ، لذا فإن هذه الخاصية تعكس درجة ملوحة الماء . ويمكن قياس التوصيل الكهربي conductivity بإستخدام أجهزة محمولة تعرف بمقياس التوصيل الكهربي EC-meter .
ترجع أيضا قدرة الماء إيصال التيار الكهربي خلاله الي وجود الأيونات المشحونة في المحلول المائي
. 4-3 الخواص الكيميائية للماء.-
تنتج الأملاح الكلية الذائبة نتيجة التفاعلات الكيميائية والحيوية بين المياه الجوفية والتكوينة الجيولوجية المختلفة إضافة الي مساهمات الغلاف الجوي ، للمياه السطحية والتربة ويتم حساب كمية المواد الصلبة الذائبة بأخذ كمية معروفة الوزن من الماء ويتم تجفيفها في فرن. وهي:-
1- درجة تركيز أيون الهيدروجين :-
يعرف بأنه مقياس لتركيز أيونات الهيدروجين أو نشاط أيون الهيدروجين من المحلول الذي يدل علي شدة قلوية عينة من الماء .
تكون قيمة PH بالمياه الطبيعية حوالي 7 وبالتالي يتصرف وكأنه متعادل أما اذا ذادت قيمة PH عن 7 فالمحلول يتصرف وكأنه قاعدي واذا كانت أقل من 7 فإن المحلول يكون حمضي .علما بأن تغيرا قليلا في قيمة PH يعني تغيرا كبيرا في تركيز الأيون ،ونجد أن التخثر إزالة أيون الحديد والمنغنيز والسيطرة على الطعم والصدأ .
2- الكالسيوم Calcium :-
يعتبر من أهم الأيونات الموجبة Cation ومن أهم مصادره المعادن غير السليكاتية مثل الفلورايت والأندهيدرايت والجبس والدل ومايت والأراجونايت والكاسايت وكذلك المعادن السيليكاتية مثل الألبايت والانورثايت والبيروكسين ، والأمفبول.
قابلية ذوبان المعادن المكونة للصخور النارية والمتحولة تكون قليلة ، عليه فإن نسبة الكالسيوم والأملاح الذائبة في هذه الصخور تكون منخفضة . وفي الصخو ر الرسوبية يوجد الكالسيوم على شكل كربونات (الكالسايت، والأراجونايت ) على شكل كالسيوم ومغنزيوم كربونات (الدلومايت ) وعلى شكل كبريتات (الجبس ، والأندهيدرايت ) (البسام ،2001 ).
وعموما فإن المياه الجوفية القادمة من الحجر الجيري وبعض الصخور الرسوبية الأخرى كثيرا ما تكون عسرة وذلك بسبب قابلية هذه الصخور علي الذوبان .
وجود أيون الهيدروجين في الماء يسهل ذوبان الكالسيوم ويعتبر حامض الكربونيك (H2CO3) أهم مدر لأيون الهيدروجين.
3- المغنيسيوم (Magnesium) :-
يأتي المغنيسيوم بعد الكالسيوم من حيث الأهمية ومن مصادره المعادن الحديدية المغنسيتية مثل الأوليفين والبيروكسين والمايكا السوداء تعتبر من المصادر المهمة لأيون المغنيسيوم معادن الكلورايت والسربنتين أهم مصدر لايون المغنيسيوم الموجود في المياه القادمة من الصخور المتحولة .أما المغنيسيوم الموجود في المياه القادمة من الصخور الرسوبية فيكون علي شكل مجنيزايت وكربونات .
وعموما فإن تركيز المغنيسيوم في مياه البحر يكون خمسة أضعاف تركيز الكالسيوم وفي المياه الجوفية يتراوح ما بين 10-100 mg/l (البسام ،2001 ).
4- الصوديوم (Sodium) :-
تعتبر مياه البار من أكثر المياه إحتواءا علي الصوديوم ،ويعتبر الفلسبار الموجود في الصخور النارية وكذلك المعادن الطينية الناتجة عن عمليات التجوية مصدرا أوليا للصوديوم الموجود في المياه الجوفية .تركيز الصوديوم في الصخور لنارية والمتحولة يتراوح ما بين 1-20 mg /l وفي مياه البحر حوالي 10,000 mg/l (البسام ،2001 ).
وفي منطقة الدراسة لم يتم تحليل عنصر الصوديوم .
5- البوتاسيوم (Btasium ) :-
يتواجد البوتاسيوم عادة بكميات أقل من الصوديوم الصخور النارية وبكميات أكبر في الصخور الرسوبية كفلسبارات البوتاسيوم ، وهذه المعادن قليلة الذوبان في الماء ،عليه فإن تركيز البوتاسيوم في المياه الجوفية أقل من تركيز الصوديوم ، وفي مياه منطقة الدراسة أيضا لم يتم تحليل عصر البوتاسيوم .
4-4 الأيونات الموجودة في المياه الجوفية :-
1- الكربونات والبيكربونا (carbonate&bicarbonate
يعتبر ذوبان المواد الكربونية وثاني أوكسيد الكربون الجوي مصدرا أساسيا للكربونات البيكربونات الموجودة في المياه الجوفية يعتمد مقدار الكربونات والبيكربونات علي مقدار ثاني أوسيد الكربون وعلي تركيز أيون الهيدروجين في الماء و يتراوح تركيز الكربونات في المياه الجوفية 10-800 mg /l ونادرا ما يصل الي 400 mg /l و تشير أيونات الكربونات الي مجموع القاعدية والمياه الجوفية التي يصل فيها هذه الأيونات الي حوالي 500 mg /l يمكن استعمالها للشرب . ويعتبر وجود البيكربونات في المياه الجوفية ضروريا عند استعمال المياه للري. (البسام ،2001 )
2- النيترات ( Nitrates (NO3
تتكون معظم النيترات الموجودة في المياه الجوفية من بقايا الكائنات الحية ومن السماد الطبيعي والحيواني ويعتبر زيادة تركيز النيترات عن حوالي 5-10 mg /l مؤشرا لتلوث المياه وفي مياه الشرب يجب لا يزيد عن 25mg /l . (البسام ،2001 ) وبما أن النيتروجين يعتبر مادة أساسية للنبات فإن زيادة تركيزه في مياه الري لا يسبب أي ضرر علي النبات وغالبا ما يتم خلطه مع السماد والماء عند ري المحاصيل الزراعية .
3- الكبريتات Sulfate (SO4-2) :-
تتكون الكبريتات من تأكسد البايورايت وبعض الكباريت المنتشرة في الصخور النارية والرسوبية تعتبر ال رواسب التبخرية مثل الجبس الأنهايدرايت وكبريتات الصوديوم من أهم مصادر الكبريتات الموجودة في المياه الجوفية ويتراوح تركيز الكبريتات في المياه الجوفية ما بين 200-400 mg /l ، وفي مياه الشرب يجب أن لا يزيد عن 250 mg /l وذلك لما يسببه ن اختلاف في طعم المياه ، علما بأن زيادة الكبريتات عن 500 mg /l تضر بصحة الإنسان (البسام ،2001 ).
الكلور C halride(CL) :-
تعتبر المتبخرات من أهم مصادر الكلور الموجودة في المياه الجوفية وكذلك المياه المالحة المجاورة مياه البحر هي من أكثر المياه إحتواء علي الكلور ، عليه تحتوي مياه الأمطار 1 mg/l ومياه البحار علي 20,000 mg /l ، عموما تركيز الكلور في المياه الجوفية يقل في المناطق الممطرة ويزيد في المناطق الجافة والجدير بالذكر أن المياه التي يتراوح فيها تركيز الكلور ما بين 200-600 mg/l يمكن استعمالها للإستهلاك البشري،عليه فإن تركيز الكلور في مياه الشرب 250 mg/l و 300-400mg/l لسقي الحيونات (دراكة،551)
4-5 تفسير نوعية المياه :-
لمعرفة نوعية المياه الجوفية يتم استخدام عدد من الرسومات والديجرامات كما يلي :-
1 - ديجرام الأعمدة Bar diagram :-
تتكون هذه الطريقة من عمودين رأسيين حيث يتم تمثيل cations نحو العمود الأيسر Anions نحو العمود الأيمن حيث يحتل العنصرالأعلي تركيز قمة العمود وذلك في ورق رسم بياني بحيث يكون تركيز العناصربالمليجرام mg /l كما الشكل ( ).
2- مخطط استيف Stiff plot :-
يساعد في المقارنات في العديد من التحاليل بوحدات المليمتير المكافئ و يرسم علي ورق paper millimetric بحيث يتم توقيع cations (الأيونات الموجبة ) يسار خط الصفر والأيونات السالبة (Anions) يمين حط الصفر بمقياس رسم واحد يمكن تصنيف المياه الجوفية كما في الشكل ().
3- مخطط اسكلر S choler diagram :-
تتم فيه توقيع تراكيز الأيونات علي ورق رسم بياني أو على ورق شبه لوغريثمي بحيث يتم توقيع تراكيز هذه العناصر رأسية والأيونات أفقيا ونبدأ بالأيونات الموجبة نحو اليسار ومنها معرفة نوعية المياه الجوفية كما في الشكل ( ) .
ومن خلال الديجرامات سابقة الذكر نجد أن نوعية المياه الجوفية بمنطقة الدراسة من النوع Bicharbonate Alkline لذا فهى منطقة تغذية وذلك اعتمادا" على نهر النيل .
4-6 نوعية المياه و الاستخدامات المختلفة :-
1/ الاستخدامات فى مياه الشرب :-
حتى تكون المياه صالحه للاستعمال المنزلى يشترط فيها عدة مواصفات بكترولوجية وطبيعية وكيميائية والمياه يجب ان يكون خالية من البكترياء والمكروبات الضارة بصحة الانسان .ومن خلال دراسة العناصر الكيميائية للمياه الجوفية نجد ان (قيمة TDSتتراوح بين,5 164-372 بمنطقة الدراسة وقيمة EC 259-378 كما فى الجدول 4-6)
جدول(4-6)يوضح المقاييس السودانية والدولية WHO لعام2005
نوع العنصر الهيئة السودانية للمواصفات والمقاييس SSMO mg/l منظمة الصحة العالمية WHO mg/l
PH 6,5-8,5 6,5-8,5
T.D.S 1000 1000
TH - 500
Ca - 200
Mg 250 250
Cl 250 150
No3 50 50
So4 500 400
2/ استخدامات المياه لاغراض الرى
نجد ان تراكم الاملاح فى التربة وفى مياه الرى يجعل المياه غير صالحة للرى ولقد وضع الباحثون اسس ومواصفات يجب ان تكون عليها مياه الرى ومن هذه الاسس الاتى :-
أ/ درجة الملوحة (درجة التوصيل الكهربى )
ب/ النسبة الماوية للصوديوم
ج/ تركيز المركبات السامة للنبات وبناء" على هذه المواصفات توجد عدة طرق لتصنيف مياه الرى منها طريقة ويل كوكس
تعتبر ومن اكثر الطرق استجداما" لتصنيف مياه الرى وتعتمد على قيمة التوصيل الكهربى للمياه والنسبة الماوية لعنصر الصوديم (بالجرام/لتريا) حيث استخدم رسم بيانى لمياه الرى مبتدا بالمياه الممتازة وتنتهى بالمياه الغير صالحة .
جدول (4-7) يوضح قيم العناصر الكيميائية بمنطقة الدراسة
العنصر No3 Cl So4 Hco3 Mg Ca T.D.Smg/l ECms/cm pH
رومى البكرى تحت 8 11,36 31,7 207,4 27,879 35,27 263 378 7,9
البكرى المدرسة 0,88 8,52 15 185,6 25,2 34 181,3 259 8
المقودة جنوب 11 6,39 1 158,6 21,567 23,246 186,4 309 7,7
كانكلاب 5 6,39 ,4 146,4 26,227 36,072 203 339 7,8
أمنتقو تحت 9 33,37 30,3 256,2 35,067 45,691 372 620 7,5
رومى البكرى الكلية 4,4 10 10,3 - 20,61 21,44 164,5 329 7,3
جدول (4-
يوضح تراكيز العناصر الكيميائية لمنطقة الدراسة بmeq /l
العناصر/
الموقع NO3 CL SO4 HCO3 Mg Ca
رومى البكرى 0,128 0,3 0,6 3,3 2,3 1,8
رومى البكرى المدرسة 0,014 0,2 0,3 2,2 2,1 1,7
المقاودة جنوب 0,176 0,2 0,02 2,5 1,8 1,2
كانكلاب 0,08 0,2 0,008 2,3 2,2 1,8
امنتقو تحت 0,144 0,9 0,6 4,1 2,9 2,3
رومى البكرى الكلية 0,0704 0,3 0,2 - 1,7 1,1
الرئيسية 
